ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК, 2014, том 84, № 6, с. 500-505
ИЗ РАБОЧЕЙ ТЕТРАДИ ИССЛЕДОВАТЕЛЯ
Б01: 10.7868/80869587314060231
Дно озера Байкал характеризуется наличием разнообразных геологических структур, приуроченных к зонам разломов. В районах метановых газовыделений, грязевых вулканов, подводного низкотемпературного источника развиваются бентосные сообщества, жизнедеятельность которых основана на поступающих из донных осадков углеводородах. Представляемые в статье результаты получены в рамках программы «"Миры" на Байкале» в 2008—2010 гг.
ИССЛЕДОВАНИЕ ГЛУБИННЫХ ЗОН БАЙКАЛА
Т.И. Земская, Т.Я. Ситникова, О.М. Хлыстов
Концентрированные выходы флюидов и газов встречаются практически во всех морях и океанах в виде холодных сипов (например, в Охотском море), грязевых вулканов (Чёрное, Каспийское моря и залив Кадис, Атлантика). Подобно горячим подводным источникам (вентам), холодные гидротермальные источники (сипы) поддерживают жизнедеятельность огромной биомассы трубчатых червей, креветок и гигантских серных бактерий [1]. В районах выхода газовых гидратов в морских экосистемах найдены специфические биологические сообщества, существующие за счёт хемосинтеза. В местах интенсивного поступления метана обнаружены бактериальные маты, основу которых составляют бесцветные серные бактерии рода Beggiatoa, моллюски, черви и другие организмы. Одним из основных источников энергии и углерода в таких зонах является метан
[2], который вовлекается в пищевые сети несколькими путями. Беспозвоночные могут потреблять анаэробных и аэробных метанотрофов
[3], а также сульфатредуцирующих бактерий, участвующих в анаэробном окислении метана, и хемоавтотрофных сероокисляющих бактерий, которые могут ассимилировать обеднённый изотопом 13С растворённый неорганический угле-
род, образующийся в результате окисления метана [4].
Российскими и зарубежными учёными выполнен большой объём геофизических работ в южной и средней котловинах озера Байкал [5, 6]. По результатам многоканального сейсмического и одноканального непрерывного сейсмоакусти-ческого зондирования (МОВ ОГТ — методом отражённых волн объединённой глубинной точки, 1989 и 1992 гг.; НСП — непрерывным сейсмоаку-стическим профилированием, 1997—2002 гг.) была оценена глубина залегания нижней границы газогидратного слоя — BSR (Bottom-Simulating Reflectors — наличие параллельных дну особых рефлекторов). В результате было установлено, что места выхода (разгрузки) любого флюида приурочены в первую очередь к разрывным нарушениям, уходящим на большую глубину в донные отложения, а их активность во многом связана с сейсмической активностью байкальской впадины.
В последние годы с помощью средств многолучевой эхолокации, батиметрической съёмки в сочетании с сейсмическими данными и данными сонара бокового обзора закартированы и описаны новые районы, в которых происходит выброс флюидов и/или грязевулканической смеси пород
Авторы работают в Лимнологическом институте СО РАН. ЗЕМСКАЯ Тамара Ивановна — доктор биологических наук, заведующая лабораторией микробиологии углеводородов. СИТНИКО-ВА Татьяна Яковлевна — доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник. ХЛЫСТОВ Олег Михайлович — заведующий лабораторией геологии озера Байкал.
tzema@lin.irk.ru, sit@lin.irk.ru, о1е§@Ип. irk.ru
(брекчии), обнаружены залежи гидратов метана [7]. Во всех этих районах отмечены выход метана в водную толщу и поступление химических соединений, которые могут служить дополнительным источником энергии и органического углерода для бентосных сообществ озера Байкал [8]. Благодаря применению глубоководных обитаемых аппаратов (ГОА) "Мир" в 2008-2010 гг. были получены новые данные, которые значительно расширили наши представления о глубинной зоне Байкала. Применение подводных обитаемых аппаратов (ПОА) "Пайсис" в более ранние периоды послужило основой интенсивных исследований глубинной зоны озера [9, 10]. Поэтому Лимнологический институт СО РАН принял самое активное участие в формировании программы экспедиции «"Миры" на Байкале». Было очевидно, что аппараты "Мир" могут предоставить уникальную возможность прицельно отобрать образцы в непосредственной близости от мест поступления углеводородов и оценить их влияние на бентосные сообщества. Следует отметить, что наиболее интересные результаты получены в тех районах, где предварительно были проведены геофизические и геолого-биогеохимические исследования дна озера с применением различных пробоотборников.
МЕТАНОВЫЕ СИПЫ И ГРЯЗЕВЫЕ ВУЛКАНЫ
Образцы газовых гидратов из осадков Байкала с глубин 121 и 161 м были впервые подняты в 1997 г. Приповерхностные гидраты метана на Байкале обнаружены в 2000 г. в районе грязевого вулкана Маленький, расположенного в южной котловине озера [7]. Собственно образцы газовых гидратов (ГГ) в этом районе были получены с помощью бентосной и гравитационной труб, их поиск проводился на основе анализа данных локатора бокового обзора и границы залегания слоя Б8Я. Позже, при визуальных наблюдениях с ГОА "Мир", в этом районе не было зафиксировано пузырьковой разгрузки газа и выхода слоёв ГГ на поверхность дна озера. Аналогичная картина наблюдалась и в районах грязевых вулканов К-2 и К-9 (Кукуйский каньон), где гидраты метана были получены с помощью обычных гравитационных труб весом 500 кг в местах с аномальной сейсмической записью в виде газового канала на сейсмическом профиле. К настоящему времени документально подтверждено наличие более 20 районов с поддонным залеганием газовых гидратов [7], 15 из которых были открыты за последние три года благодаря финансовой поддержке программы фундаментальных исследований Президиума РАН "Фундаментальные проблемы океанологии: физика, геология, биология, эколо-
гия" (подпрограмма "Глубоководные исследования озера Байкал") и совместного с японскими коллегами проекта "Исследование области образования многофазного гидрата метана у дна Байкала" (2009-2013).
Метановые сипы, первоначальное местоположение которых устанавливалось с помощью эхолотов [11], также исследовались геофизическими методами, наличие в этих районах ГГ подтверждалось последующим опробованием осадков с помощью гравитационных труб. В отличие от грязевых вулканов, в районах метановых сипов отмечались наличие пузырьковой разгрузки метана и приповерхностные выходы залежей ГГ (метановый сип Санкт-Петербург, Голоустное) [7]. В экспедиции 2012 г. в районе Посольской Банки обнаружена пузырьковая разгрузка метана с глубины 313 м. На поверхности дна в этих районах наблюдалось развитие бактериальных матов, отличающихся по структуре и метаболизму от бактериальных матов в районе подводного низкотемпературного источника (вентовая структура) в бухте Фролиха (Северный Байкал) [10].
РАЙОНЫ ЕСТЕСТВЕННЫХ ВЫХОДОВ НЕФТИ
Естественные выходы нефти на Байкале известны с XVIII в., и с того времени они находились под пристальным вниманием исследователей. Поэтому появление нового района (в окрестностях мыса Горевой Утёс), в котором был обнаружен естественный выход нефти и газа из донных осадков в водную толщу, было практически сразу замечено сотрудниками лаборатории гидрологии и гидрофизики Лимнологического института СО РАН при анализе космических снимков акватории озера Байкал в 2005 г. [11]. Дальнейшие исследования, в частности эхолокация дна озера и применение локатора бокового обзора, свидетельствовали о наличии акустических аномалий — "факела", а также положительной топографической структуры на фоне отрицательной формы рельефа дна озера [12]. Эта топоструктура на сейсмопрофилях выглядит акустически прозрачной, под ней имеется подводящий акустический канал, рассекающий слоистую толщу (рис. 1). Природа этой структуры была непонятна до момента спуска глубоководных обитаемых аппаратов. Оказалось, что топоструктура и подобные ей возвышенности являются битумными холмами различных размеров, из некоторых (так называемых "капельниц") отдельными каплями просачивается нефть и происходит пузырьковая разгрузка газа [12]. В этом районе с помощью ГОА "Мир" прицельно были отобраны образцы из битумных построек, осадка между постройками, гидратов метана (рис. 2), а также воды
502
ЗЕМСКАЯ и др.
Рис. 2. Образцы газового гидрата с нефтепроявления Горевой Утёс
а, б — линзовидно-слоистые газовые гидраты; в — массивный кусок с нефтью внутри
Рис. 1. Район нефтепроявления Горевой Утёс по данным гидролокатора бокового обзора "СОНИК-3" а — сонограмма "Соник-3"; б — участок необработанной со-нограммы с "факелами"; в — временной разрез через нефте-проявление, стрелкой указан акустический канал
из придонной области и различных видов бентос-ных животных. Битумные постройки различаются размером и сохранностью, их химический состав и структура микробных сообществ отличаются некоторыми особенностями.
БЕНТОСНЫЕ СООБЩЕСТВА В РАЙОНАХ ВЫХОДА ГАЗОНЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ФЛЮИДОВ
Несмотря на высокую неоднородность распределения зообентоса в глубоководной зоне озера Байкал, в районах естественных разгрузок газо- и нефтесодержащих флюидов озера выявлена, как и в морских экосистемах [13], высокая плотность поселения животных. Численность донных беспозвоночных в каждой из исследованных нами зон разгрузок была выше отмеченной ранее [14] для условно фоновых участков дна
(3 тыс. экз./м 2). Например, в районе нефтяного сипа Горевой Утёс плотность зообентоса достигала ~10 тыс. экз./м—2 [8]. Среди животных здесь преобладали ракообразные (амфиподы) и плоские черви. Амфиподы были представлены более чем 20 видами, принадлежащими к 5 семействам, а плоские черви — главным образом одним видом Bdellocephala bathyalis. На битумных постройках также обнаружены губки диаметром около 1 см, "карликовые" лёгочные брюхоногие моллюски семейств Planorbidae и Acroloxidae, олигохеты и коконы пиявок. В районе нефтепроявления выявлены представители шести групп мейозообен-тоса — циклопы, гарпактициды, остракоды, тур-беллярии и клещи. В осадке вне битумных построек до 68% всего мейобентоса составляли нематоды [8].
Ещё одна особенность, отмеченная нами при исследовании сообществ в районе естественного нефтепроявления на Байкале, — наличие внутр
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.